[发明专利]使用化学机械抛光边缘斜切半导体晶片的方法和设备

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年11月30日提交的美国申请第12/627,306号的优先权，其内容通过参考结合于此。

背景技术

本发明涉及采用改进的绝缘体上半导体(SOI)制备方法制造绝缘体上半导体(SOI)结构。

迄今为止，最广泛用于绝缘体上半导体结构的半导体材料是硅。文献中将这种结构称作绝缘体上硅结构，并将缩写“SOI”用于这种结构。SOI技术对高性能薄膜晶体管、太阳能电池和诸如有源矩阵显示器之类的显示器越来越重要。SOI结构可包含绝缘材料上的基本上是单晶硅的薄层。

获得SOI结构的各种方法包括在晶格匹配的基片上外延生长半导体材料。另一种方法包括将单晶硅晶片与另一个其上已生长SiO₂的氧化物层的硅晶片结合，然后将上面的晶片向下抛光或蚀刻成单晶半导体薄层。另一种方法包括离子注入法，通过注入氢或氧离子，在给体半导体晶片中形成弱化层，从而将薄半导体层与给体晶片分离(剥离)并将其与绝缘体基片结合。

虽然很多SOI制造工艺需要位于绝缘体基片上的圆形单晶(即单晶质)半导体层，仍有很多应用需要非圆形半导体层。例如，在显示器(包括有机发光二极管(OLED)显示器和液晶显示器(LCD))、集成电路、光伏装置、薄膜晶体管等的制造过程中需要提供矩形半导体层(有时称为“砖块”)。

矩形半导体层通常必须在极严格容差、晶体取向精度和严格的形成精度(包括边缘直度、平行度和垂直度)条件下制造。所述半导体层应该无污染、无机械损伤(包括表面下损伤)等，这些污染和损伤会腐蚀或甚至严重降低得到的SOI结构的性能。使用上述脱落/结合技术形成矩形半导体层时，则优选给体半导体晶片具有大体呈长方体状的构造。这种给体半导体晶片应符合严格的规范，包括至少一个表面的四个角都是圆化的，并且端部的所有四个直边都具有一定轮廓特征(profiled)(例如，以斜切的方式圆化)。需要这些严格的形成条件，以使给体半导体晶片可以承受大量重复使用(以制得多个剥离层并从而制得多种SOI结构)中的加工应力。

矩形给体半导体晶片可以由专用的锭块制得，或者可以由圆柱形半导体晶片原料(所谓的圆形晶片原料)进行加工。前者的商业可行性受到正长方体构造中半导体锭块可得性的限制。很多半导体晶片制造商不愿意将制造资源用于生产矩形半导体锭块，这是因为目前对这种锭块的市场需求非常小。由于直径300mm的圆形晶片原料更容易获得，目前后一种方法(使用圆形晶片原料)的商业可行性更具吸引力。

使用圆形晶片原料来生产SOI结构中使用的矩形半导体层需要将圆形晶片原料加工成矩形给体半导体晶片。已使用多种方法由圆形原料来加工矩形给体半导体晶片。由于金刚石能保持严格的形成精度，用金刚石将圆形原料切割成矩形结构是一种常规工艺。但是，金刚石切割工艺在得到的矩形给体晶片的直边和角上留下微裂纹和碎屑。此外，金刚石切割工艺不容易在矩形给体晶片上得到圆化角。这严重限制了给体晶片的重复使用能力。实际上，由于给体半导体晶片在SOI结构形成过程中暴露于明显的热应力和机械应力下，当暴露于多种重复使用的环境时，金刚石切割产生的表面下损伤容易导致给体晶片产生碎屑或破损。

已使用的还有将圆形原料锭块机械切割成矩形结构，接着进行大量的边缘成形(边缘研磨和抛光)。虽然有效，但这种机械切割和后加工明显增加制造SOI总体工艺的固定成本和可变成本，限制了这种技术的商业可行性。实际上，边缘研磨和抛光技术以及相关设备过于昂贵，必须购买和使用进行这种边缘处理所需的相关耗材，通常额外需要昂贵的制备和控制系统。此外，大量的边缘成形工艺减少了所得的SOI半导体层的可用表面积。最后，通常这种边缘成形工艺仅仅隐藏了表面下损伤，因此仍降低了断裂强度。

虽然制备SOI结构的制造工艺日趋成熟，但生产这种结构以及生产采用这种结构的最终产品的成本部分地受到以市场接受的价格获得合适的矩形给体半导体晶片的能力的影响。因此，需要继续推进与生产给体半导体晶片相关的技术，以控制SOI结构的制造成本。

发明内容